Ung dung cong nghe dia khong gian trong nghien cuu bien dong tai nguyen rung va dat ngap man tai thi xa Quang Yen, tinh Quang Ninh.Rừng ngập mặn là một hệ sinh thái rừng đặc biệt mà Việt Nam là một trong những Quốc gia được thiên nhiên ban tặng. Rừng ngập mặn chỉ có ở các nước nhiệt đới, á nhiệt đới và có vai trò bảo vệ môi trường, con người, đặc biệt trong bảo vệ bờ biển các vùng duyên hải.Việt Nam, với bờ biển dài hơn 3620 km, phù sa bồi đắp nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển rừng ngập mặn kinh tế biển. Rừng ngập mặn có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ môi trường sống cho các loài động thực vật và cung cấp nguồn thức ăn cho con người, bên cạnh đó rừng ngập mặn có vai trò chắn sóng, tăng lượng bồi đắp phù sa, điều hòa không khí – là nhân tố góp phần chống lại biến đổi khí hậu.Hiện nay, quá trình phát triển kinh tế xã hội với tốc độ đô thị hóa diễn ra ngày càng mạnh, cùng với tốc độ gia tăng dân số nên con người đã khai thác và sử dụng rừng ngập mặn vào nhiều mục đích khác nhau làm cho diện tích rừng ngập mặn ngày càng bị thu hẹp, thành phần loài thực vật và chất lượng rừng ngày càng bị suy giảm.Gần đây, vấn đề nuôi trồng thủy sản của nhân dân địa phương đang gặp nhiều khó khăn do tình trạng ô nhiễm môi trường sống tại các khu đầm và vùng nước ven biển. Tình trạng bệnh dịch của các loài thủy sản đang ngày càng xuất hiện với tần suất lớn hơn, các bãi bồi ngày càng bị thu hẹp, nguyên nhân chủ yếu là do rừng ngập mặn đã bị khai thác quá mức làm giảm chức năng bảo vệ môi trường sống, hơn nữa vấn đề nuôi trồng thủy sản đang có sự mâu thuẫn rất lớn giữa các cộng đồng nên hiệu quả đạt thấp.Với vị trí địa lý là một bán đảo, thị xã Quảng Yên là một trong những khu vực có diện tích rừng ngập mặn lớn của tỉnh Quảng Ninh. Rừng ngập mặn có vai trò lớn đối với người dân địa phương: bảo vệ đê biển, góp phần làm giảm biến đổi khí hậu, cung cấp nguồn lợi thủy sản… Tuy nhiên, thời gian gần đây do nhiều yếu tố khách quan, chủ quan đã làm diện tích rừng ngập mặn bị thay đổi đáng kể chủ yếu theo hướng tiêu cực làm cho vai trò của rừng ngập mặn bị suy giảm đáng kể. Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý rừng ngập mặn đang còn nhiều hạn chế, chủ yếu dự vào bản đồ hiệu trạng bằng giấy và quan sát thực tế, ít có cơ sở dữ liệu lưu trữ, chưa ứng dụng được các kỹ thuật hiện đại để theo dõi biến động tài nguyên rừng. Trong khi đó, việc tìm kiếm giải pháp quản lý và sử dụng hiệu quả rừng ngập mặn tại địa phương đang được các nhà khoa học, nhà quản lý và người dân địa phương quan tâm.Xuất phát từ cơ sở thực tiễn trên, tôi tiến hành chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ địa không gian trong đánh giá biến động và đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên rừng ngập mặn tại thị xã Quảng Yên, tỉnh Quảng Ninh” nhằm đánh giá về thực trạng diện tích, biến động tài nguyên rừng, đất bồi đắp trong 20 năm gần đây, thành phần loài, sự phân bố chính quản lý rừng ngập mặn tại địa phương để làm sơ sở đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng rừng ngập mặn một cách hiệu quả.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng ngập mặn hệ sinh thái rừng đặc biệt mà Việt Nam Quốc gia thiên nhiên ban tặng Rừng ngập mặn có nước nhiệt đới, nhiệt đới có vai trị bảo vệ mơi trường, người, đặc biệt bảo vệ bờ biển vùng duyên hải Việt Nam, với bờ biển dài 3620 km, phù sa bồi đắp nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển rừng ngập mặn kinh tế biển Rừng ngập mặn có vai trị quan trọng việc bảo vệ mơi trường sống cho lồi động thực vật cung cấp nguồn thức ăn cho người, bên cạnh rừng ngập mặn có vai trị chắn sóng, tăng lượng bồi đắp phù sa, điều hịa khơng khí – nhân tố góp phần chống lại biến đổi khí hậu Hiện nay, q trình phát triển kinh tế xã hội với tốc độ đô thị hóa diễn ngày mạnh, với tốc độ gia tăng dân số nên người khai thác sử dụng rừng ngập mặn vào nhiều mục đích khác làm cho diện tích rừng ngập mặn ngày bị thu hẹp, thành phần loài thực vật chất lượng rừng ngày bị suy giảm Gần đây, vấn đề nuôi trồng thủy sản nhân dân địa phương gặp nhiều khó khăn tình trạng nhiễm môi trường sống khu đầm vùng nước ven biển Tình trạng bệnh dịch lồi thủy sản ngày xuất với tần suất lớn hơn, bãi bồi ngày bị thu hẹp, nguyên nhân chủ yếu rừng ngập mặn bị khai thác mức làm giảm chức bảo vệ môi trường sống, vấn đề nuôi trồng thủy sản có mâu thuẫn lớn cộng đồng nên hiệu đạt thấp Với vị trí địa lý bán đảo, thị xã Quảng Yên khu vực có diện tích rừng ngập mặn lớn tỉnh Quảng Ninh Rừng ngập mặn có vai trị lớn người dân địa phương: bảo vệ đê biển, góp phần làm giảm biến đổi khí hậu, cung cấp nguồn lợi thủy sản… Tuy nhiên, thời gian gần nhiều yếu tố khách quan, chủ quan làm diện tích rừng ngập mặn bị thay đổi đáng kể chủ yếu theo hướng tiêu cực làm cho vai trò rừng ngập mặn bị suy giảm đáng kể Hệ thống sở liệu quản lý rừng ngập mặn nhiều hạn chế, chủ yếu dự vào đồ hiệu trạng giấy quan sát thực tế, có sở liệu lưu trữ, chưa ứng dụng kỹ thuật theo dõi biến động tài ngun rừng Trong đó, việc tìm kiếm giải pháp quản lý sử dụng hiệu rừng ngập mặn địa phương nhà khoa học, nhà quản lý người dân địa phương quan tâm Xuất phát từ sở thực tiễn trên, tiến hành chọn đề tài “Ứng dụng công nghệ địa không gian đánh giá biến động đề xuất giải pháp quản lý tài nguyên rừng ngập mặn thị xã Quảng Yên, tỉnh Quảng Ninh” nhằm đánh giá thực trạng diện tích, biến động tài nguyên rừng, đất bồi đắp 20 năm gần đây, thành phần loài, phân bố sách quản lý rừng ngập mặn địa phương để làm sơ sở đề xuất giải pháp khai thác, sử dụng rừng ngập mặn cách hiệu PHẦN I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Khái niệm 1.1 Khái niệm công nghệ địa không gian: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System - gọi tắt GIS) hình thành vào năm 1960 phát triển rộng rãi năm lại GIS ngày công cụ trợ giúp định nhiều hoạt động kinh tế - xã hội, quốc phòng nhiều quốc gia giới GIS có khả trợ giúp quan phủ, nhà quản lý, doanh nghiệp, cá nhân đánh giá trạng trình, thực thể tự nhiên, kinh tế - xã hội thông qua chức thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích tích hợp thơng tin gắn với hình học (bản đồ) quán sở toạ độ liệu đầu vào Có nhiều cách tiếp cận khác định nghĩa GIS Nếu xét góc độ hệ thống, GIS hiểu hệ thống gồm thành phần: người, phần cứng, phần mềm, sở liệu quy trình-kiến thức chuyên gia nơi tập hợp quy định, quy phạm, tiêu chuẩn, định hướng, chủ trương ứng dụng nhà quản lý, kiến thức chuyên ngành kiến thức công nghệ thông tin Khi xây dựng hệ thống GIS ta phải định xem GIS xây dựng theo mơ hình ứng dụng nào, lộ trình phương thức tổ chức thực Chỉ sở người ta định xem GIS định xây dựng phải đảm đương chức trợ giúp định có định nội dung, cấu trúc hợp phần lại hệ thống cấu tài cần đầu tư cho việc hình thành phát triển hệ thống GIS Với xã hội có tham gia người dân q trình quản lý đóng góp tri thức từ phía cộng đồng ngày trở nên quan trọng ngày có vai trị khơng thể thiếu 1.1.1 Khái niệm GPS: Hệ thống Định vị Toàn cầu (Global Positioning System - GPS) hệ thống xác định vị trí dựa vị trí vệ tinh nhân tạo, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ thiết kế, xây dựng, vận hành quản lý Trong thời điểm, tọa độ điểm mặt đất xác định xác định khoảng cách từ điểm đến ba vệ tinh 1.1.2 Khái niệm viễn thám Viễn thám hiểu khoa học công nghệ để thu nhận thông tin đối tượng, khu vực tượng nghiên cứu thơng qua việc phân tích tư liệu thu nhận phương tiện, kỹ thuật không tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực với tượng nghiên cứu 1.1.3 Khái niệm GIS Trong năm gần đây, Hệ thông tin địa lý (Geography information system-GIS) phát triển mạnh mẽ lý thuyết, kỹ nghệ nh tổ chức Đồng thời GIS ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khác nh nghiên cứu địa chất, địa lý, nông nghiệp, đô thị, giao thông, thực vật, địa chính, kinh tế Có nhiều khái niệm khác GIS nhiều tác giả khác chất GIS bao gồm thành phần cấu thành sau: - Phần cứng máy tính bao gồm thành phần vật lý máy tính thiết bị ngoại vi khác (máy in, scanner, máy vẽ .) - Phần mềm GIS chương trình máy tính thực cơng viêc chun mơn GIS, thực hiên chức thu nhận lưu trữ liệu không gian thuộc tính, thao tác xử lý số liệu, mơ hình số độ cao.v.v Có thể kể số phần mềm chuyên dụng GIS Arc/Info, Map/Info, Arcview - Dữ liệu GIS bao gồm liệu không gian (ảnh, đồ .) liệu thuộc tính (các đặc điểm, tính chất đối tượng khơng gian, trình, tượng xảy đối tượng khơng gian đó) đối tượng nghiên cứu - Người sử dụng: Đây yếu tố mang tính chất định, người thiết kế thực thao tác kỹ thuật để có kết theo yêu cầu khác Các hợp phần nằm mối quan hệ tương tác chặt chẽ với tạo thành Hệ thống thông tin địa lý Nếu thiếu hợp phần GIS ngừng hoạt động hệ thống chết Theo đà phát triển khoa học kỹ thuật bốn hợp phần được phát triển mạnh mẽ, tạo lên Hệ thông tin địa lý phát triển hơn, thực chức ưu việt hơn, nhanh hơn, mạnh hơn, tiện lợi dễ dàng vận hành sử dụng Như ta hiểu cách khái quát GIS sau: Hệ thống thông tin địa lý tập hợp có tổ chức phần cứng, phần mềm máy tính, liệu địa lý thủ tục người sử dụng nhằm trợ giúp việc thu nhận, lưu trữ, quản lý, xử lý, phân tích, thị thông tin không gian từ giới thực để giải vấn đề tổng hợp thông tin cho mục đích người đặt Ngồi số định nghĩa GIS số tác sau: - Theo Burrough (1986) GIS “Tập hợp công cụ để thu nhập, lưu trữ, tra cứu, chuyển đổi biểu thị liệu không gian từ giới thực” - Parker (1988) định nghĩa GIS “kĩ nghệ thông tin nhằm lưu trữ, phân tích biểu thị liệu không gian phi không gian” - Aronoff (1989) quan niệm GIS “bất kỳ phương thức sách tra khảo máy tính dùng để lưu trữ, thao tác liệu tham chiếu địa lý” 1.2.1 Ứng dụng viễn thám GIS giới Các nước tiên tiến ứng dụng viễn thấm là: Mỹ, Nga, Ấn Độ, Canada, Nhât, có thêm Trung Quốc … việc ứng dụng kết hợp công nghệ viễn thám GIS trở thành cơng nghệ hồn chỉnh, sử dụng rộng rãi không để theo dõi, kiểm kê, dự báo, quản lý tài nguyên đất liền mà hướng dần biển đại dương Ứng dụng sử dụng tư liệu viễn thám đa phổ, đa thời gian để theo dõi biến động bề mặt địa lý tự nhiên mặt đất hình thành giới từ vệ tinh quan sát Trái Đất đưa lên vũ trụ Trên giới, có nhiều cơng trình khoa học nghiên cứu lĩnh vực thành công Khả sử dụng tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS không áp dụng nghiên cứu bề mặt địa lý nói chung hay biến động tài nguyên rừng, biển nói riêng mà cịn áp dụng nhiều nhiều lĩnh vực quản lý tài nguyên môi trường, cảnh báo ngập lụt Từ năm 70 thể kỷ XX, ảnh vệ tinh phương pháp viễn thám sử dụng ngày rộng rãi ứng dụng lĩnh vực lâm nghiệp - từ khâu kiểm kê, tìm, chọn vị trí đến khâu quy hoạch sử dụng tài nguyên rừng Tuy nhiên việc ứng dụng viễn thám GIS vào vấn đề lâm nghiệp nói chung khó khăn đòi hỏi đội ngũ chuyên gia nhiều ngành nghề, kỹ thuật cao Chính vậy, xu nhiều nước phát triển phối hợp nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám GIS vào chuyên ngành lĩnh vực cụ thể 1.2.2 Ứng dụng viễn thám GIS Việt Nam đánh giá biến động tài nguyên rừng Ở Việt Nam có nhiều cơng trình khoa học ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý như: Nghiên cứu quy hoạch đô thị Hà Nội (TS Đinh Thị Bảo Hoa), nghiên cứu biến động bề mặt địa lý, giám sát tài nguyên môi trường Các ứng dụng viễn thám GIS lĩnh vực nghiên cứu biến động tài nguyên rừng, đất rừng ngập mặn chưa nhiều đề cập đến như: xác định biến động đường bờ vùng Tiền Hải - Thái Bình, cơng tác quản lý vùng bờ tỉnh Nam Định hay nghiên cứu sạt lở bờ sông Tiền, sông Hậu thuộc tỉnh Vĩnh Long Các cơng trình thể tính ưu việt tư liệu ảnh viễn thám kết hợp với GIS khả ứng dụng Các cơng trình nghiên cứu biến động tập trung vào việc sử dụng tư liệu ảnh đa thời gian ảnh nhiều vệ tinh khác để nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật biến động tài nguyên rừng, biến động sử dụng đất, biến động đường bờ biển, biến động rừng ngập mặn, nghiên cứu biến động trạng sử dụng đất Công cụ viễn thám GIS với phần mềm có chức phân tích, xử lý liệu mạnh ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Trong năm gần đây, GIS sử dụng nh công cụ đắc lực công tác nghiên cứu, quản lý, khai thác nh bảo vệ môi trường Các đồ quy hoạch, đồ xói mịn đất tiềm năng, đồ trang rừng, trạng giao thơng.v.v thành lập công cụ GIS Đối với việc nghiên cứu vùng duyên hải nói chung nghiên cứu đất ngập nước nói riêng, cơng cụ GIS áp dụng, chưa nhiều mang lại hiệu đáng kể Từ năm 1990, GIS số tác giả thuộc Viện Địa lý ứng dụng để đánh giá tài nguyên ven đồng sông Hồng Năm 1996 tác giả Nguyễn Hoàn, Vũ Văn Phái người khác tiến hành nghiên cứu biến đổi địa hình trình hình thành cồn bãi khu vực cửa sơng Hồng, sử dụng GIS phương pháp nghiên cứu để phân tích ảnh vệ tinh, phân tích số liệu địa hình thuộc nhiều giai đoạn khác để xác định biến động sử dụng đất tài nguyên theo không gian thời gian Có thể nói việc kết hợp nghiên cứu tư liêu lịch sử, nghiên cứu, vấn thực địa với ứng dụng viễn thám GIS đánh giá, phân tích dự báo biến động yếu tố mơi trường làm cho kết đạt xác hơn, nhanh cập nhật Nghiên cứu biến động sử dụng đề tài dạng quan tâm đến thông tin thu nhận thời điểm khác nhau, từ chiết xuất thông tin lớp phủ rừng thời điểm khác nhau, chồng chập lớp thông tin để tìm biến động Tuy nhiên, việc áp dụng chúng vào hoàn cảnh cụ thể cần nghiên cứu để tìm cách tiếp cận hợp lý, hiệu đánh giá khả chúng cách đắn Trong khuôn khổ luận văn cao học, tác giả đề cập đến việc sử dụng ảnh viễn thám đa thời gian kết hợp với GIS để nghiên cứu biến động tài nguyên rừng, đất rừng ngập mặn từ đề xuất giải pháp quản lý, sử dụng hợp lý Ở Nước ta việc xác định biến động tài nguyên rừng nói chung, rừng ngập mặn nói riêng quan tâm, nhiên với phương pháp truyền thống đo đạc trực tiếp từ trường đo đạc nhiều thời điểm khác khó khăn, tốn thiếu độ xác Mặt khác khơng đo đạc trực tiếp biến động tài nguyên rừng thời gian dài (vài chục năm) dẫn đến sai sót tạo định sai quản lý, sử dụng rừng Với việc ứng dụng viễn thám GIS nghiên cứu biến biến động tài nguyên rừng, đất rừng ngập mặn từ trợ giúp định quản lý sử dụng hợp lý rừng ngập mặn có ý nghĩa thực tiễn cần ứng dụng rộng rãi 10 PHẦN II MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu chung Góp phần nâng cao hiệu quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên rừng ngập mặn 2.1.2 Mục tiêu cụ thể Ứng dụng công nghệ không gian địa lý GIS vào việc giải đoán ảnh viễn thám thành lập đồ trạng tài nguyên rừng thị xã Quảng Yên – Tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 1990 – 2015 Dự báo xu biến động tài nguyên rừng đất rừng ngập mặn 10 năm Để xuất giải pháp quản lý sử dụng hợp lý rừng đất rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu 2.2 Đối tượng điều tra khảo sát Đối tượng điều tra khảo sát đề tài dải đất ngập nước ven biển thuộc khu vực thị xã Quảng Yên – tỉnh Quảng Ninh bao gồm: Điều tra diện tích rừng, đất ngập mặn năm từ 1990 – 2015 từ xác định biến động tài nguyên rừng đất ngập mặn Cùng nằm tình trạng chung vùng đất ngập nước giới Việt Nam, khu hệ sinh thái nhạy cảm, dễ bị biến đổi tác động nhân sinh tự 91 Bản đồ NDVI Thị xã Quảng Yên năm 2005 92 Bản đồ NDVI Thị xã Quảng Yên năm 2010 93 Bản đồ NDVI Thị xã Quảng Yên năm 2015 Phụ lục số 02 Kỹ thuật sử dụng Erdas giải đoán ảnh viễn thám STT Nội dung Nhập liệu ảnh dạng.Tif Xuất liệu ảnh dạng img Các bước thực B1 Khởi động Erdas image B2 Manage Data/import data - Format: Tif 94 - input: Nhập liệu dạng Tif - Output: img, xác định vị trí lưu kết Gộp ảnh Thực lệnh Raster/ Spectral/ Layer stack - Input file img: Các lớp ảnh cần gộp - Output: xác định vị trí lưu kết Cắt khu vực nghiên cứu Thực lệnh Raster/ Subset&Chip/ create supset image - Input File img: Chọn file ảnh gộp - output File: Xuất kết cắt - Chọn lớp liệu cắt theo AOI - Ok Tổ hợp màu Thực lệnh Raster/ Multispectral - Chọn cảm biến tại: Choose sensor - Chọn cấu hình muốn tổ hợp tại: Custom - Sắp xếp layer theo thứ tự muốn Xác định khóa giải đốn Thực lệnh Raster/ Classification/ Supervide/ signature editor - Khoanh vùng mẫu lệnh Raster/ 95 Drawing/ polygon - Tác mẫu: Click Create new Signature from AOI Đánh giá khóa giải đốn - Trong hộp thoại Signature Editor chọn Evaluate\Separability - Trong mục Distance Measure chọn Transformed Divergence; Mục Output Form chọn Cell Array; Mục Which Listing chọn Best Average, tiếp tục chọn Ok để xuất bảng kết đánh giá chất lượng khóa ảnh Giải đoán ảnh - Tại hộp thoại Signature editor chọn Classify/ Supervide Phụ lục số 03 Kỹ thuật sử dụng phần mềm ArcGis thành lập đồ STT Nội dung Tính tốn số NDVI Các bước thực - Khởi động Arcmap - Thực lệnh Arctool box/ Spatial Analyst tools/ Map Algebra/ Raster Calculator - Thực lệnh Float (NIR – RED)/ 96 Float (NIR + RED) - Click ok Cắt NDVI khu vực nghiên cứu Thực lệnh Arctool box/ Spatial Analyst Tools/ Extraction/ Extract by Mask - Input raster: Nhập lớp liệu NDVI - Input raster or feature classs: Lớp ranh giới - Output: Chọn khu vực lưu kết Phân cấp NDVI theo mẫu - Thực lệnh Arctool box/ Spatial khóa Analyst Tools/ Reclass/ Reclassify - Phân cấp ngưỡng giá trị theo mẫu khóa Thành lập đồ - Thực lệnh: View/ layout view trạng rừng - Insert giải, tên đồ, thước tỷ lệ Insert Tính tốn raster - Thực lệnh Arctool box/ Spatial Analyst Tools/ Map Algebra/ Raster Calculator - Nhập phép tính hộp thoại với lớp đồ phân cấp Thành lập đồ diễn - Thực lệnh tương tự bước biến tài nguyên rừng cho 97 giai đoạn Phụ lục số 04 Một số văn pháp quy thực đề tài 98 99 100 101 102 103 104 105